DETEKSI CHILLING INJURY PADA BUAH MANGGA
GEDONG GINCU DENGAN MENGGUNAKAN
NEAR INFRARED SPECTROSCOPY (NIRS)
PUTRI WULANDARI ZAINAL
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Deteksi Gejala Chilling Injury
pada Buah Mangga Gedong Gincu dengan Menggunakan Near Infrared
Spectroscopy (NIRS) adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing
dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun.
Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun
tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan
dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Maret 2012
Putri Wulandari Zainal
PUTRI WULANDARI ZAINAL. Detection of Chilling Injury in Mango Fruits cv. Gedong Gincu by Using Near Infrared Spectroscopy. Under supervision of USMAN AHMAD and Y. ARIS PURWANTO.
Low temperature storage is a common method to extend postharvest life of fruits. However, for sensitive fruits such as mango low temperature storage may cause chilling injury. Chilling injury is one of serious problem for mango stored under low temperature. The symptoms of chilling injury during storage associated with the change in pH due to ion leakage. Chilling injury can be detected during storage destructively, but it will require time and a lot of samples. Alternatively, the detection can be performed non-destructively by using near infrared (NIR-Spectroscopy). The purpose of this research is to build the NIR calibration models for predicting ion leakage relating to change in pH and the detection of chilling injury symptoms can be done through ion leakage existence. Reflectant NIR measurements conducted on mango fruit stored at a temperature of 8 °C and 13 °C. Determination of chilling injury symptoms was predicted based on change in pH and the rate of ion leakage forming. The analysis showed that NIR spectroscopy was able to predict the change in pH during storage of mango fruit at a temperature of 8 °C based on reflectance and PLS method. Moreover ion leakage could also be predicted properly through the pH of the NIR predictions. The developed method could detect the chilling injury on mangoes after three days storage at a temperature of 8 °C.
dengan Menggunakan Near Infrared Spectroscopy. Dibimbing oleh USMAN AHMAD dan Y. ARIS PURWANTO.
Manggga gedong gincu sangat disukai oleh konsumen baik dari pasar
lokal maupun pasar internasional. Oleh karena itu, untuk dapat mempertahankan
mutu mangga gedong gincu hingga sampai ke tangan konsumen maka harus di
simpan pada suhu dingin. Akan tetapi, mangga gedong gincu saat disimpan pada
suhu rendah dalam jangka waktu yang lama memiliki permasalah yaitu adanya
kemungkinan untuk terkena chilling injury. Mangga gedong gincu merupakan
salah satu buah-buahan tropis yang sensitif terhadap suhu dingin. Chilling injury
merupakan jenis kerusakan yang terjadi pada saat penyimpanan buah-buahan
tropis dan subtropis yang sensitif terhadap suhu dingin yang melebihi suhu
optimal penyimpanan dingin.
Chilling injury ini kadang-kadang sulit untuk dihindarkan karena chilling
injury identik dengan suhu dingin dan produk hortikultura membutuhkan
penyimpanan suhu dingin untuk dapat mempertahankan mutu dan kesegaran
produk. Gejala chilling injury dapat diamati melalui bagian internal dan bagian
eksternal. Gejala bagian internal yang dapat diidentifikasi seperti adanya respirasi
yang abnormal, kegagalan matang, perubahan permeabilitas membran sehingga
menyebabkan terjadinya kenaikan jumlah ion yang keluar (ion leakage),
perubahan pH yang abnormal. Gejala bagian ekternal seperti pitting,
bercak-bercak coklat yang lama kelamaan akan berubah menjadi browning. Jika
identifikasi dilakukan melalui bagian eksternal maka chilling injury telah terjadi
dan kerusakan pada jaringan buah telah bersifat permanen, sedangkan jika
identifikasi dilakukan pada bagian internal maka dapat diketahui indikasi gejala
chilling injury dimana jaringan buah belum rusak secara permanen . Dengan
mengetahui indikasi gejala chiling injury maka dapat dilakukan pemulihan
jaringan seperti pengembalian penyimpanan buah pada suhu yang optimum. Oleh
Penelitian ini bertujuan untuk (1) mengembangkan model kalibrasi NIR
untuk memprediksi ion leakage yang berhubungan dengan pH dengan metode
PLS, (2) deteksi gejala chilling injury yang berhubungan dengan perubahan ion
leakage dan pH selama penyimpanan dengan NIR spectroscopy. Penelitian ini
terdiri dari dua tahap. Penelitian tahap pertama bertujuan untuk mendapatkan
model kalibrasi terbaik dan persamaan regresi sedangkan penelitian tahap kedua
dilakukan untuk memvalidasi model yang telah dibangun pada penelitian tahap
pertama. Buah disimpan pada dua tingkatan suhu yaitu suhu 8 °C dan 13 °C
selama 22 hari. Total sampel yang digunakan berjumlah 126 buah dimana untuk
pengambilan data reflektan pada penelitian tahap I sebanyak 53 buah dan
penelitian tahap II sebanyak 10 buah untuk masing-masing tingkatan suhu.
Pengambilan data reflektan dilakukan pada tiga titik untuk satu buah mangga dan
dilakukan tiga ulangan. Pengamatan dan pengambilan data reflektan dilakukan
pada hari ke-0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa NIR spectroscopy dapat dengan baik
menduga terjadinya gejala chilling injury pada buah mangga gedong yang
disimpan pada suhu 8 °C. Hal ini dapat dilihat dari hasil kalibrasi menggunakan
model PLS yang menghasilkan nilai korelasi (r) 0.8176 dan R² 0.6684, RMSEP
6.9870%, RMSEC 2.3836%, selisih RMSE 4.6035% dan CV 2.1616%. Dari nilai
tersebut dapat dikatakan model yang dihasilkan memiliki akurasi dan kestabilan
model yang cukup baik karena memiliki korelasi yang mendekati 1, nilai error
yang rendah serta cv < 5%. Deteksi chilling injury ini didasarkan pada perubahan
pH selama penyimpanan.
Perubahan pH selama penyimpanan dapat diprediksi dengan baik oleh NIR
spectroscopy dimana secara destruktif pH memiliki perubahan yang tidak terlalu
tinggi yaitu pH 3-3.35 dan pH prediksi NIR 2.9-3.3. Penurunan keasaman tinggi
pada pematangan buah mangga disertai pergeseran pH dari 2.0 ke 5.5. Akan tetapi
pada pengamatan destruktif ataupun menggunakan NIR spectroscopy
pH memiliki korelasi terhadap terjadinya ion leakage (kebocoran ion) pada
penyimpanan buah mangga selama penyimpanan. Adapun prediksi terjadinya ion
leakage menggunakan persamaan y = 0.148x – 0.243 dimana y merupakan laju
perubahan ion leakage dan x merupakan pH prediksi NIR. Persamaan ini dapat
digunakan karena memiliki nilai Pvalue < 5 %. Dari persamaan ini maka ion
leakage dapat diprediksi dengan menggunakan pH prediksi NIR selama
penyimpanan. Berdasarkan deteksi NIR, terjadinya ion leakage diprediksi pada
hari ke-3, sedangkan berdasarkan pengukuran secara destruktif awal terjadinya
gejala chilling injury pada hari ke-4, dimana pada hari ke-4 ini memiliki nilai laju
perubahan ion leakage yang tertinggi. Semakin besar nilai laju perubahan ion
leakage, maka menandakan semakin besar membran sel yang pecah.
Berdasarkan pengamatan secara destruktif bahwa terjadi penurunan mutu
yang lebih cepat pada penyimpanan suhu 13 °C dari pada suhu 8 °C, seperti
persentase TPT yang lebih tinggi, kekerasan yang menurun cepat, warna yang
berubah menjadi kuning, dan pH yang berubah dari 3 pada awal penyimpanan
menjadi 4.7. Untuk penyimpanan suhu 8 °C memiliki nilai perubahan TPT yang
cenderung rendah, pH yang cenderung 3 sampai akhir penyimpanan, kekerasan
yang menjadi bertambah keras, warna yang tetap hijau dan gelap. Hal ini
menunjukkan mangga telah mengalami ciri-ciri gejala chilling injury dimana
metabolisme tidak berjalan dengan semestinya selama 22 hari penyimpanan
sehingga terjadi kegagalan matang. Kegagalan matang ini dapat dilihat dari
kondisi buah mangga yang tidak mengalami proses pematangan seperti warna
yang hijau dan keras. Pengamatan kegagalan matang ini dilakukan setelah 22 hari
dimana buah mangga dikeluarkan dari suhu penyimpanan 8 °C selama 2 hari.
Kerusakan fisiologis secara visual baru mulai tampak pada hari ke-10 untuk
penyimpanan suhu 8 °C dan hari ke-18 pada suhu 13 °C berupa bintik-bintik
hitam yang lama kelamaan membesar.
® Hak Cipta milik IPB, tahun 2012
Hak Cipta dilindungi Undang-undang
Dilarang mengutip sebagian atas seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis
NEAR INFRARED SPECTROSCOPY (NIRS)
PUTRI WULANDARI ZAINAL
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gear Magister Sains pada
Program Studi Teknologi Pascapanen
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Tesis : Deteksi Chilling Injury pada Buah Mangga Gedong Gincu dengan Menggunakan Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Nama : Putri Wulandari Zainal
NIM : F153100111
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Usman Ahmad, M.Agr Ketua
Dr. Ir. Y. Aris Purwanto, M.Sc Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Teknologi Pascapanen
Dr. Ir. Sutrisno, M.Agr
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya
sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Oktober 2011 ini evaluasi kerusakan
dingin secara non-destruktif, dengan judul Deteksi Chilling Injury pada Buah
Mangga Gedong Gincu dengan Menggunakan Near Infrared Spectroscopy
(NIRS).
Pada kesempatan ini, dengan rasa hormat penulis ingin menyampaikan
ucapan terima kasih kepada Dr. Ir. Usman Ahmad, M.Agr dan Dr. Ir. Y. Aris
Purwanto, M.Sc selaku komisi pembimbing yang telah memberikan ilmu, arahan,
dan saran kepada penulis, serta Dr.Ir. Emmy Darmawati, M.Si selaku penguji luar
komisi pembimbing dan Dr. Ir. Sutrisno, M.Agr selaku ketua program studi yang
telah memberikan saran dan arahan untuk perbaikan tesis ini. Selain itu, penulis
juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Sulyaden yang telah membantu
penulis selama melakukan penelitian di Lab. TPPHP, Fajri Eko Munanda atas
bantuan dan kerjasamanya selama melakukan penelitian, Tajul Iflah, Cicih
Sugianti, Elmi Kamsiati, Sandra Leony, Susi Lesmayanti, Hasriani, dan
Syahirman Hakim atas bantuan, kerjasama, dan semangatnya, Ibuk Leady yang
memberikan masukan dan semangat, serta rekan-rekan seperjuangan di TMP
2010.
Secara khusus, penulis menyampaikan penghormatan dan ucapan terima
kasih kepada kedua orang tua penulis yaitu Ayahanda Zainal Azwar (alm) dan
Ibunda Sri Hasnah Syam, abang-abangku, Hendri Wandria Zainal, Henry
Rayendra Zainal, Andika Putra Zainal, Bayu Indra Zainal, dan kakakku Dewi
Shinta Zainal atas segala kasih sayang, do’a, motivasi, nasehat, bantuan dan
pengertianya kepada penulis untuk menggapai cita-cita.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi para pembaca.
Bogor, Maret 2012
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Padang, Sumatera Barat pada tanggal 7 Oktober 1987
sebagai anak ke enam dari enam bersaudara, dari pasangan Zainal Azwar dan Sri
Hasnah Syam. Penulis lulus dari SMU Adabiah Padang pada tahun 2005 lalu
melanjutkan pendidikan S1 tahun 2005 di Jurusan Teknik Pertanian Fakultas
Teknologi Pertanian Universitas Andalas (UNAND) melalui jalur SPMB dan
selesai tahun 2009. Pada tahun 2010, penulis melanjutkan pendidikan S2 pada
Departemen Teknik mesin dan Biosistem Mayor Teknologi Pascapanen di Institut
DAFTAR ISI
Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 5
TINJAUAN PUSTAKA ... 6
Mangga ... 6
Kandungan Buah Mangga ... 8
Fisiologi Pascapanen Buah mangga ... 9
Perubahan Sifat Fisikokimia selama Penyimpanan ... 10
Penyimpanan Dingin ... 11
Kerusakan Dingin (Chilling Injury) ... 12
Ion Leakage dan pH ... 13
Near Infrared (NIR) ... 16
Partial Least Square (PLS) ... 20
Analisis Regresi ... 23
Aplikasi Near Infrared untuk Penentuan Mutu Buah secara Non Destruktif ... 24
Pola Gelombang Spektra NIR pada Buah Mangga Gedong Selama Penyimpanan... 38
Perubahan Parameter Mutu Buah Mangga Selama Penyimpanan ... 43
Perubahan Parameter Chilling Injury Selama Penyimpanan ... 51
Kalibrasi dan Validasi Spektra NIR terhadap pH Buah Mangga Menggunakan Metode PLS ... 57
Prediksi Ion Leakage pada Buah Mangga ... 60
Deteksi Chilling Injury pada Buah Mangga Menggunakan NIR Spectroscopy ... 64
KESIMPULAN DAN SARAN ... 66
Saran ... 67
DAFTAR PUSTAKA ... 68
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Produksi mangga Indonesia tahun 2001 sampai 2009 ... 1
2 Ukuran berat mangga berdasarkan kultivar ... 8
3 Spesifikasi persyarat mutu ... 8
4 Slope perubahan ion leakage pada penyimpanan suhu 8 oC ... 56
6 Jumlah data reflektan NIR untuk kalibrasi dan validasi menggunakan metode PLS ... 58
7 Evaluasi hasil kalibrasi dan validasi NIR... 60
8 Prediksi ion leakage berdasarkan reflektan NIR ... 64
9 Prediksi ion leakage berdasarkan absorban NIR ... 64
10 Kondisi buah mangga pada hari ke-4 yang disimpan pada suhu 8°C ... 65
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Mangga Gedong Gincu. ... 7
2 Diagram struktur buah mangga. ... 14
3 Diagram skematik pergerakan (a) larutan menembus membran, (b) gelembung udara menembus membran. ... 15
4 Spektrum gelombang elektromagnetik. ... 16
5 Tipe penyerapan NIR pada berbagai lokasi komposisi. ... 18
6 Diagram representasi dari specular (a) regular reflectance, (b) body reflectance, dan (c) absorban Near Infrared dari Sampel. ... 19
7 Deskripsi dari prosedur PLS (Pandey, 2010). ... 21
8 Diagram prosedur penelitian tahap pertama. ... 29
9 Pengambilan spektra NIR pada buah mangga gedong. ... 30
10 Prinsip fungsional dari NIRFlex fiber optik solids (Flawi, 2009). ... 31
11 Proses kalibrasi dan validasi. ... 34
12 Diagram penelitian tahap kedua. ... 37
13 Pola spektrum reflektan NIR buah mangga pada penyimpanan (a) suhu 8oC, dan (b) suhu 13 oC. ... 39
14 Pola spektrum absorban NIR buah mangga pada penyimpanan (a) suhu 8oC, dan (b) suhu 13 oC. ... 40
15 Pola spektrum reflektan NIR setelah normalisasi pada buah mangga penyimpanan (a) suhu 8oC, dan (b) suhu 13 oC. ... 42
16 Pola spektrum absorban NIR setelah normalisasi pada buah mangga penyimpanan (a) suhu 8 oC, dan (b) suhu 13 oC. ... 43
17 Perubahan nilai L* selama penyimpanan suhu 8°C dan suhu 13° C. ... 45
18 Perubahan nilai a* selama penyimpanan suhu 8°C dan suhu 13° C. ... 46
19 Perubahan nilai b* selama penyimpanan suhu 8°C dan suhu 13° C. ... 46
20 Persentase perubahan susut bobot selama penyimpan suhu 8° C dan 13 °C. .. 48
21 Perubahan kekerasan buah mangga selama penyimpanan. ... 49
22 Perubahan total padatan terarut selama penyimpanan. ... 51
23 Perubahan pH selama penyimpanan buah mangga. ... 52
24 Grafik perubahan ion leakage pada penyimpanan buah mangga hari ke-1 suhu 8 oC dan 13 oC ... 55
26 Grafik perubahan ion leakage pada penyimpanan buah mangga hari ke-4 suhu 8 oC dan 13 oC ... 56
27 Kondisi buah monitoring pada penyimpanan suhu 8 oC sebagai gejala chilling injury (a) hari ke-10 bercak-bercak hitam, dan (b) hari ke-16 browning. ... 57
29 Hasil kalibrasi dan validasi metoda PLS menggunakan (a) data reflektan, dan (b) data absorban. ... 59
30 Persamaan regresi antara pH dengan slope ion leakage pada penyimpanan buah mangga suhu 8°C... 62
31 Perubahan pH Prediksi berdasarkan data reflektan, absorban dan data
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Sampel buah mangga yang digunakan pada penelitian... 75
2 Perangkat NIRFlex N-500 Fiber Optic Solid yang digunakan pada penelitian 75 3 Pengukuran reflektan NIR... 75
4 Pengukuran parameter mutu (a) pengukuran kekerasan, (b) pengukuran TPT, (c) pengukuran susut bobot, dan (d) pengukuran warna ... 76
5 Pengukuran ion leakage (a) sampel yang digunakan untuk pengukuran ion leakage dan (b) pengukuran ion leakage menggunakan Electrical Conductivity ... 77
6 Contoh sampel untuk pengukuran pH ... 77
7 Perubahan warna mangga yang disimpan pada suhu 8 °C ... 78
8 Perubahan warna mangga yang disimpan pada suhu 13 °C ... 79
9 Data rata-rata perubahan warna kulit buah mangga selama penyimpanan ... 80
10 Data rata-rata perubahan pH selama penyimpanan ... 80
11 Data rata-rata susut bobot. kekerasan. dan TPT buah mangga selama penyimpanan ... 81
12 Data perubahan slope ion lekage selama penyimpanan buah mangga ... 81
13 Perubahan ion leakage setiap ulangan buah mangga suhu 8°C pada penyimpanan hari ke-1 ... 82
14 Perubahan ion leakage setiap ulangan buah mangga suhu 8°C pada penyimpanan hari ke-2 ... 82
15 Perubahan ion leakage setiap ulangan buah mangga suhu 8°C pada penyimpanan hari ke-4 ... 83
16 Perubahan ion leakage setiap ulangan buah mangga suhu 8°C pada penyimpanan hari ke-6 ... 83
17 Perubahan ion leakage setiap ulangan buah mangga suhu 8°C pada penyimpanan hari ke-8 ... 84
18 Perubahan ion leakage setiap ulangan buah mangga suhu 13°C pada penyimpanan hari ke-1 ... 84
19 Perubahan ion leakage setiap ulangan buah mangga suhu 13°C pada penyimpanan hari ke-2 ... 85
21 Perubahan ion leakage setiap ulangan buah mangga suhu 13°C pada
penyimpanan hari ke-6 ... 86
22 Perubahan ion leakage setiap ulangan buah mangga suhu 13°C pada
penyimpanan hari ke-8 ... 86
23 Hasil kalibrasi dan validasi menggunakan data reflektan NIR dengan metode PLS pada buah mangga yang disimpan suhu 8°C ... 87
24 Hasil kalibrasi dan validasi menggunakan data reflektan NIR dengan metode PLS pada buah mangga yang disimpan suhu 13°C ... 90
25 Hasil kalibrasi dan validasi menggunakan data absorban NIR dengan metode PLS pada buah mangga yang disimpan suhu 8°C ... 93
26 Hasil kalibrasi dan validasi menggunakan data absorban NIR dengan metode PLS pada buah mangga yang disimpan suhu 13°C ... 96
27 Data pH dan slope ion leakage prediksi menggunakan reflektan NIR selama penyimpanan buah mangga ... 99
28 Data pH dan slope ion leakage prediksi menggunakan absorban NIR selama penyimpanan buah mangga ... 100
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Mangga merupakan buah-buahan eksotik yang diimpor oleh semua pasar
utama dunia. Dewasa ini produksi mangga memiliki potensi pasar yang baik dan
merupakan komoditas unggulan yang prospektif sehingga dari tahun ke tahun
produksinya terus meningkat. Menurut BPS, dari tahun 2001 sampai 2009
produksi mangga di Indonesia mengalami peningkatan (Tabel 1).
Tabel 1 Produksi mangga Indonesia tahun 2001 sampai 2009
Tahun Produksi (Ton)
Buah mangga gedong gincu merupakan salah satu jenis buah mangga yang
banyak diminati baik di pasar lokal maupun pasar internasional. Menurut
Supriatna (2005), mangga gedong gincu mempunyai peluang pasar ekspor cukup
besar dikarenakan buahnya mempunyai aroma sangat tajam, warna buah merah
menyala, dan mengandung banyak serat. Karakteristik ini sangat sesuai dengan
permintaan negara importir. Dengan adanya prospek pemasaran mangga gedong
gincu yang baik maka diperlukan perbaikan-perbaikan mulai dari aspek produksi,
panen, ketersediaan buah, teknik penanganan pascapenan, sistem produksi, dan
pengendalian mutu agar produk yang dihasilkan mempunyai kualitas yang sesuai
dengan permintaan pasar.
Berbagai macam teknologi telah diupayakan untuk dapat menjaga kualitas
yang sesuai dengan permintaan pasar. Salah satu cara tersebut adalah
satu faktor utama untuk dapat mempertahankan mutu dan memperpanjang umur
simpan karena buah setelah panen masih mengalami proses kehidupan. Menurut
Winarno (2002), buah-buahan setelah panen dikatakan masih hidup karena masih
melakukan pernafasan dalam suatu seri reaksi yang sangat kompleks. Laju
respirasi dapat dikendalikan oleh suhu. Pada setiap kenaikan suhu 10oC, laju
respirasi meningkat dua atau tiga kali. Namun, penyimpanan dingin untuk
mempertahankan mutu dan memperpanjang umur simpan juga memiliki kendala.
Mangga juga merupakan salah satu buah tropis yang memiliki sifat
sensitif terhadap suhu yang terlalu rendah. Ketika mangga disimpan pada suhu
rendah dalam jangka waktu tertentu, ada resiko terjadinya perubahan fisik karena
kerusakan dingin. Resiko kerusakan dingin ini sering disebut sebagai chilling
injury yang dapat menurunkan mutu buah mangga yang disimpan. Menurut Skog
(1998), chilling injury merupakan gangguan utama pada tanaman tropis dan
subtropis, meskipun gangguan fisiologi ini akan muncul pada saat produk
disimpan pada suhu rendah. Temperatur kritis untuk kerusakan suhu rendah
berbeda-beda tergantung pada komoditas, tetapi umumnya pada buah mangga
terjadi ketika suhu penyimpanan sekitar 10oC-13oC.
Menurut Utama (2009), chilling injury dan kerusakannya tidak hanya
terjadi selama penyimpanan. Chilling injury juga dapat dijumpai pada saat cold
chain, selama penanganan atau transit, atau selama distribusi wholesale, di tempat
retail, dan di rumah tangga. Contohnya penempatan pisang dalam lemari
pendingin di rumah merupakan hal yang umum menyebabkan kerusakan dingin.
Menurut Winarno (2002), gejala chilling sering muncul beberapa hari setelah
berada di suhu yang lebih hangat dalam bentuk legokan (pitting) atau kulit produk
memar, terjadi internal discoloration atau gagal matang. Perkembangan gejala
chilling injury sangat dipengaruhi oleh temperatur dan waktu, dimana semakin
rendah temperatur gejala akan semakin parah dan semakin lama terpapar suhu
rendah gejala juga akan semakin parah. Efek dalam jangka pendek dari chilling
mungkin akan bertumpuk (cumulative) di dalam komoditas. Deteksi dan diagnosis
dari chilling injury sering sulit, pada saat produk baru dikeluarkan dari temperatur
dingin, dimana gejala kerusakan akan muncul saat produk terpapar pada suhu
Gejala juga tidak dapat terlihat secara eksternal (Skog, 1998). Gejala chilling
injury pada bagian internal dapat dideteksi melalui perubahan pH yang tidak
normal, kebocoran ion, dan pengukuran respirasi.
Jika identifikasi dilakukan melalui bagian eksternal maka chilling injury
telah terjadi dan kerusakan pada jaringan buah telah bersifat permanen, sedangkan
jika identifikasi dilakukan pada bagian internal maka dapat diketahui indikasi
gejala chilling injury dimana jaringan buah belum rusak secara permanen. Dengan
mengetahui indikasi gejala chiling injury maka dapat dilakukan pemulihan
jaringan seperti pengembalian penyimpanan buah pada suhu yang optimum. Oleh
karena itu, diperlukannya metode deteksi secara destruktif untuk dapat mendeteksi
bagian internal buah mangga sehingga dapat diketahui indikasi gejala chilling
injury tanpa merusak.
Mutu buah di Indonesia biasanya masih dideteksi/didiagnosis secara
manual dengan menggunakan tanda-tanda visual sehingga mutu bagian dalam
dari buah tidak dapat dideteksi dengan baik. Metode yang digunakan untuk
mendeteksi bagian dalam, biasanya dengan menggunakan metode destruktif yang
dapat merusak buah-buahan secara keseluruhan. Untuk itu telah dikembangkan
beberapa metode uji secara tidak merusak untuk produk hortikultura antara lain:
metode image processing, metode NIR (Near Infra Red), metode gelombang sinar
X, metode NMR (Nuclear Magnetic Resonance) dan metode gelombang
ultrasonik.
NIR (Near Infrared) merupakan salah satu metode deteksi kerusakan
secara non-destrukif yang pada saat ini mulai berkembang. Near infrared
digunakan pada bidang pertanian pertama kali oleh Norris pada tahun 1964 untuk
mengukur kelembaban analisis dan mulai berkembang pada tahun 1987 yang
dilakukan oleh Grant untuk analisis cepat terutama untuk kelembaban, protein,
dan kandungan lemak dari berbagai produk pertanian dan makanan (Nicolai et al,
2007). Menurut Victor (1996), Near Infrared digunakan untuk pengelompokkan
buah apel varietas manalagi berdasarkan kememaran dengan cara
membandingkan nilai pantulan buah apel yang tidak memar dengan memar.
fisiologi mangga yang berhubungan degan indeks kualitas dengan Near Infrared
Spectroscopy bahwa indeks yang dideteksi meliputi pelunakan daging, total
padatan terlarut dan keasaman. Menurut Osborne et al (1993), keuntungan utama
dari penggunaan NIR adalah analisis sederhana dan sangat cepat (antara 15 – 90
detik) dan dapat dilakukan secara online. Selain itu pengukuran juga dapat diukur
secara bersamaan.
Dengan adanya gejala yang membutuhkan waktu yang cukup lama untuk
dapat terlihat secara ekternal dan adanya kerusakan/kerusakan mutu yang
diakibatkan oleh kerusakan dingin (chilling injury) maka diperlukan salah satu
teknologi untuk deteksi dan diagnosa kerusakan dingin secara tidak merusak
(non-destructive). Oleh karena itu diperlukan penelitian mengenai pengembangan
sistem pengukuran Near Infrared Spectroscopy untuk deteksi kerusakan dingin
(chilling injury) buah mangga secara non-destruktif.
Perumusan Masalah
Chilling injury merupakan permasalahan pada penyimpanan dingin untuk
buah mangga. Gejala dari chilling injury dapat dilihat dari bagian internal buah
seperti laju repirasi, pH, dan kebocoran ion (ion leakage). Perubahan laju
respirasi, pH yang tidak normal , dan kebocoran ion selama penyimpanan dingin
tidak dapat diketahui secara tidak merusak (destructive). Deteksi chilling injury
jika dilakukan pada bagian eksternal buah maka buah telah mengalami rusak
secara permanen sehingga jaringan buah tidak dapat diperbaiki, akan tetapi jika
deteksi dilakukan pada bagian internal maka jaringan buah tidak rusak secara
permanen sehingga dengan adanya pendeteksian bagian internal ini dapat
digunakan untuk pencegahan terjadinya chilling injury, seperti pengembalian buah
yang disimpan pada suhu optimum. Pendeteksian bagian internal dapat dideteksi
dengan menggunakan metode nondestruktif NIR spectroscopy. Metode NIR
spectroscopy dapat digunakan untuk mendeteksi chilling injury yang berhubungan
dengan parameter seperti kadar air, protein, lemak, kandungan asam (pH), TPT,
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan sistem deteksi chilling
injury buah mangga gedong gincu secara non-destruktif dengan metode Near
Infrared (NIR), dengan tujuan khusus :
a. Mempelajari spektrum reflektan dan absorban NIR spectroscopy dalam
hubungannya dengan ion leakage melalui perubahan pH untuk mendeteksi
gejala chilling injury pada buah mangga gedong gincu selama
penyimpanan dingin.
b. Mengembangkan model kalibrasi NIR untuk memprediksi ion leakage
berdasarkan pH dengan metode PLS.
Berdasarkan tujuan di atas, maka dari penelitian ini diharapkan dapat
memberikan manfaat dan informasi sebagai berikut :
a. Memberikan data dasar perubahan karakteristik Near Infrared (NIR)
berdasarkan perubahan pH yang berhubungan dengan ion leakage dan
rusak tidaknya buah mangga sehingga dapat mendeteksi terjadinya gejala
chilling injury.
b. Membantu dalam pengembangan sortasi buah secara tidak merusak.
c. Dapat mendeteksi lebih awal gejala chilling injury tanpa merusak buah
mangga. Sehingga dengan adanya deteksi awal terhadap gejala chilling
TINJAUAN PUSTAKA
Mangga
Mangga merupakan tanaman buah tahunan yang berasal dari negara India.
Tanaman ini kemudian menyebar ke wilayah Asia Tenggara termasuk Malaysia
dan Indonesia. Berdasarkan klasifikasinya buah mangga termasuk dalam
(Pracaya, 1998):
Kingdom : Plantae
Filum : Magnoliophyta
Kelas : Magnoliopsida
Ordo : Sapindales
Famili : Anacardiaceae
Genus : Mangifera
Spesies : M. indica
Mangga termasuk golongan buah sejati tunggal, yakni buah yang hanya
terjadi dari satu bunga dan satu bakal buah. Jenis mangga ini mempunyai satu
ruang dengan satu biji (Broto, 2003). Buah mangga juga termasuk kelompok buah
batu yang berdaging. Panjang buah sekitar 2.5 cm sampai 30 cm. Bentuk buah
ada yang bulat, bulat telur atau memanjanag dan ada juga yang berbentuk pipih.
Masing-masing varietas mangga dapat dibedakan berdasarkan ukuran, warna
daging, rasa, aroma, karakter, dan bentuk buah. Di Indonesia ada beberapa jenis
dan varietas mangga komersial yang sudah terkenal dengan mutu yang bagus
antara lain : Golek, Arumanis, Manalagi, Gedong, Madu, Lalijiwo, Keweni,
Pakel, dan Kemang (Pracaya, 2001). Menurut Quane (2011), pada saaat sekarang
ini, hanya lima varietas yang diekspor yaitu Arumanis, Gedong, Manalagi,
Dermayu dan dalam jumlah lebih sedikit: Cengkir.
Mangga gedong gincu merupakan salah satu kultivar mangga yang harga
buahnya paling tinggi dibandingkan dengan mangga lainnya di Indonesia
(Gambar 1). Buah mangga ini mempunyai ukuran, bentuk, warna, rasa, dan bau
cerebon, Majalengka dan Indramayu. Bentuk agak bulat dengan pangkal buah
agak datar dan sedikit berlekuk, pucuk buah tak berparuh. Tangkai buah kuta,
terletak ditengah. Bobot 200-300 gram perbuah, berukuran 8 cm x 7 cm x 6 cm.
Buah yang masak berkulit merah jingga pada pangkalnya, merah kekuningan pada
pucuknya. Permukaan kulit halus, berbintik putih kehijauan dan berlilin. Daging
buah tebal, berserat halus, manis, berair banyak, beraroma halus dan kasar.
Karena kulit buahnya tebal, buah dapat disimpan beberapa hari dan tahan
angkutan. (Pracaya, 2001). Warna daging sama dengan warna kulit. Bijinya agak
besar dan sebagian dari daging cenderung melekat pada biji serta produksi
100-150 kg/pohon. Permintaan akan mangga gedong tinggi dan di banyak pasar di
Indonesia harganya pun tinggi (Quane, 2011).
Gambar 1 Mangga Gedong Gincu.
Berdasarkan SNI 01-364-2009, untuk semua kelas buah, ketentuan
minimum mutu yang harus dipenuhi adalah utuh, padat (firm), penampilan segar,
layak dikonsumsi, bersih, bebas dari benda-benda asing yang tampak, bebas
memar, bebas hama dan penyakit, bebas kerusakan akibat temperatur rendah atau
tinggi, bebas dari kelembaban eksternal yang abnormal (kecuali pengembunan
sesaat setelah pemindahan dari tempat penyimpanan dingin), bebas dari aroma
dan rasa asing, memiliki kematangan yang cukup. Untuk ketentuan mengenai
ukuran mangga dapat dilihat pada Tabel 2 dan spesifikasi persyaratan mutu pada
Tabel 2 Ukuran berat mangga berdasarkan kultivar
Keasaman Sifat Varietas Seragam Seragam
Tingkat ketuaan Tua tapi tidak terlalu matang
Tua tapi tidak terlalu matang
Kekerasan Keras Cukup Keras
ukuran Seragam Kurang Seragam
Kerusakan % (jml/jml maksimum) 5 10
Kotoran Bebas Bebas
Busuk, % (jml/jml maksimum) 1 1
Sumber : SNI 01-3164-1992
Kandungan Buah Mangga
Mangga merupakan buah yang disukai hampir segala bangsa, karena lezat.
Sebagai buah konsumsi, mangga terdiri atas tiga lapisan yaitu kulit, daging, dan
biji. Kulit buah sekitar 11-18%, daging buah 60-75%, dan biji 14-22%.
Komponen daging buah yang paling banyak adalah air dan karbohidrat. Selain itu
juga mengandung protein, lemak, macam-macam asam, vitamin, mineral, tannin,
zat warna, dan zat yang mudah menguap. Zat menguap itu beraroma harum khas
mangga (Pracaya, 2001).
Karbohidrat buah mangga terdiri dari gula sederhana, tepung, dan selulosa.
Gula sederhana yaitu sukrosa, glukosa, dan fruktosa. Gula tersebut memberikan
rasa manis dan tenaga yang dapat segera digunakan oleh tubuh. Rasa sepat buah
mangga disebabkan oleh tannin, rasa asam disebabkan oleh asam sitrat. Protein
perubahan kimia dan metabolisme. Buah mangga banyak mengandung vitamin A
dan C (Pracaya, 2001).
Fisiologi Pascapanen Buah mangga
Tahap-tahap proses pertumbuhan buah dimulai dari pembelahan sel,
pembesaran sel, pendewasaan sel (maturation), pematangan (ripening),
“senescene” dan pembusukkan (deterioration). Mangga termasuk buah klimaterik.
Pola pernafasan buah klimaterik menunjukkan peningkatan CO2 selama
pematangan.. Menurut Winarno (2002), klimaterik adalah suatu periode mendadak
yang unik bagi buah-buahan tertentu, dimana secara biologis diawali dengan
proses pembuatan etilen. Proses ini ditandai dengan adanya perubahan dari proses
pertumbuhan menjadi “senescene”, adanya peningkatan pernafasan dan mulainya
proses pematangan.
Produksi etilen dalam buah berfungsi sebagai pemicu dan
mengkoordinasikan perubahan selama pematangan. Perubahan ini meliputi
perubahan warna pada kulit dan daging, pelunakan daging, dan perkembangan
rasa manis dan aroma (Brecht et al., 2009). Mattoo et al. (1969) telah
menunjukkan bahwa etilen (C2H4) meningkatkan enzim-enzim katalase,
perioksidase, dan amylase dalam irisan mangga sebelum puncak kemasakannya.
Selama pemacuan, mereka juga mengamati bahwa zat-zat serupa protein yang
mengahambat pemasakan, dalam irisan-irisan itu hilang dalam waktu 45 jam.
Menurut Winarno (2002), pembentukan etilen pada jaringan tanaman dapat
distimulasikan oleh kerusakan-kerusakan mekanis dan infeksi. Karena itu, adanya
kerusakan mekanis buah dapat mempercepat pematangan.
Selain adanya produksi etilen pada proses fisiologi, laju pernafasan atau
respirasi juga dapat mempengaruhi fisiologi pascapanen buah mangga. Laju
repirasi ini dapat dijadikan sebagai petunjuk yang baik untuk daya simpan buah
sesudah dipanen. Menurut Pantastico (1989), Intesitas respirasi dianggap sebagai
ukuran laju jalannya metabolisme dan oleh karena itu sering dianggap sebagai
petunjuk mengenai potensi daya simpan buah. Laju respirasi yang tinggi biasanya
disertasi oleh umur simpan yang pendek. Adapun faktor-faktor yang dapat
internal meliputi susunan kimiawi jaringan, ukuran produk, pelapis alami, jenis
jaringan sedangkan faktor eksternal meliputi oksigen yang tersedia,
karbondioksida, pemberian etilen, kerusakan buah serta zat-zat pengatur tumbuh.
Perubahan Sifat Fisikokimia selama Penyimpanan
Selama penyimpanan buah mengalami perubahan, dimana buah
mengalami pematangan dan penuaan. Saat pematangan, buah mengalami
perubahan dalam warna, tekstur, dan bau, yang menunjukkan bahwa terjadinya
perubahan-perubahan dalam susunannya. Perubahan-perubahan tersebut terjadi
karena diakibatkan adanya perubahan sifat fisikokimia dalam jaringan
buah-buahan.
Perubahan fisik dan kimia pada pematangan antara lain adalah (i) tugor
sel, perubahan tugor sel disebabkan karena komposisi dinding sel berubah, yang
menyebabkan “firmness” dari buah menjadi lunak, (ii) dinding sel, beberapa buah
mengalami keempukan setelah panen karena selulosa meningkat dan
hemisellulosa serta pektin menurun, (iii) perubahan karbohidrat, dimana terjadi
sintesa pati dan perubahan kandungan gula yang menyebabkan buah menjadi
manis, (iv) warna, adanya degradasi khlorofil dan pembentukan antosianin atau
karotenoid, (v) kehilangan asam sitrat (Winarno, 2002). Menurut (Brecht et al.,
2009), asam sitrat adalah asam organik utama pada buah mangga selain itu juga
terdapat asam malat dan suksinat dalam jumlah sedikit. Asam sitrat akan
meningkat selama perkembangan buah mangga dan menurun pada saat
penyimpanan.
Menurut Muchtadi et al (2010), pelunakan buah dapat disebabkan oleh
terjadinya pemecahan protopektin menjadi pektin, maupun karena terjadinya
hidrolisis pati atau lemak dan mungkin juga lignin. Flavor juga mengalami
perubahan selama pematangan. Menurut Pantastico (1989), flavor adalah sesuatu
yang halus dan rumit yang ditangkap indera, yang merupakan kombinasi rasa
(manis, asam, sepat), bau (zat-zat atsiri), dan terasanya pada lidah (meleleh,
pedas). Pematangan biasanya meningkatkan jumlah gula-gula sederhana yang
memberikan rasa manis, penurunan asam organik dan senyawa fenolik yang
flavor khas pada buah. Perubahan sifat fisikokimia selama pematangan
merupakan indeks mutu dari buah-buahan pada saat disimpan.
Kematian (decay) pada saat penyimpanan diakibatkan oleh penyakit
ataupun pembusukan. Pematangan mengakibatkan hilangnya keasaman dan pati,
peningkatan dan kemudian penurunan kadar gula, dan perubahan pektin serta
melibatkan produksi zat-zat volatil seperti ester, asetaldehida, etil alcohol, dan
etilen (Jackson & Looney, 1999).
Penyimpanan Dingin
Mangga termasuk buah yang mudah busuk. Salah satu cara untuk
mempertahankan kesegaran mangga dalam jangka waktu pendek adalah dengan
penyimpanan di tempat dingin. Penyimpanan dingin merupakan salah satu
perlakuan atau metode yang bertujuan untuk memperpanjang umur simpan
buah-buahan setelah panen. Umur simpan mangga dapat diperpanjang dengan adanya
perlakuan atau metode penyimpanan yang tepat dan baik. Kondisi lingkungan
yang optimal selama penyimpanan mangga adalah kondisi yang optimum dimana
memungkinkan bagi mangga selama penyimpanan untuk tidak mengalami
perubahan warna, cita rasa, dan bentuk.
Menurut Muchtadi et al. (2010), penanganan pascapenan berupa
penyimanan dingin bertujuan untuk dapat mengurangi (i) kegiatan respirasi,
kegiatan metabolik lainnya, (ii) kehilangan air dan pelayuan, (iii) proses penuaan
karena adanya proses pematangan, pelunakan dan perubahan-perubahan warna
serta struktur (iv) kerusakan karena aktifitas mikroba (bakteri, kapang, dan
khamir), dan (v) proses pertumbuhan yang tidak dikehendaki. Kondisi
penyimpanan dingin dapat bermanfaat baik bagi produk karena dapat
memperlambat proses metabolisme saat pematangan, akan tetapi juga dapat
menyebabkan cedera jaringan pada beberapa jenis produk seperti buah-buahan
tropika yang cenderung sensitif terhadap penyimpanan dingin. Penyimpanan
dingin menpunyai pengaruh terhadap bahan yang didinginkan seperti : kehilangan
berat, kerusakan dingin, kegagalan untuk matang, dan kebusukan. Menurut Taub
penyimpanan dingin antara lain : reaksi browning, kerusakan lemak, perubahan
tekstur, perubahan warna, reaksi staling, perubahan vitamin.
Kerusakan Dingin (Chilling Injury)
Kerusakan dingin merupakan kerusakan yang terjadi pada produk yang
disimpan pada suhu yang lebih rendah dari pada suhu optimum produk tersebut.
Menurut Winarno (2002), chilling merupakan pendinginan di atas suhu
pembekuan kristal es dalam produk. Beberapa produk hortikultura mengalami
chilling injury di atas suhu pembekuan air sehingga chilling injury merupakan
jenis kerusakan yang terjadi karena suatu produk hortikultura terekspos pada suhu
rendah tetapi bukan pada suhu pembekuan.
Chilling injury adalah masalah utama pada penyimpanan dingin bagi
komoditas tropis. Penyimpanan produk dibawah suhu kritis dapat menyebabkan
terjadinya gangguan fisiologis yang parah. Suhu kritis untuk chilling injury
bervariasi sesuai dengan sifat komoditas, tetapi umumnya terjadi ketika produk
disimpan pada suhu dibawah 10oC – 13oC (Tasneem, 2004). Menurut Utama
(2009), untuk buah mangga, penyimpanan ≤ 13oC akan menyebabkan kerusakan
dingin. Menurut Pracaya (2007), beberapa jenis mangga akan rusak jika disimpan
pada suhu dibawah 9 oC.
Menurut Skog (2011), penyebab utama kerusakan dingin adalah adanya
cedera atau kerusakan pada membran sel. Kerusakan ini dipengaruhi oleh waktu
pemaparan temperatur pada komoditas yang disimpan. Jika di bawah temperatur
kritis dalam jangka waktu yang pendek maka tanaman dapat memperbaiki
kerusakan. Akan tetapi, jika pemaparan suhu rendah dengan jangka waktu yang
panjang akan mengakibatkan kerusakan permanen. Deteksi dan diagnosis cedera
ini sering kali mengalami kesulitan karena gejala ini akan terlihat jelas dengan
visual manusia jika produk yang disimpan dipaparkan kembali pada suhu yang
terlalu tinggi, sehingga gejala akan terlihat dari luar dengan jangka waktu yang
cukup lama.
Menurut Muchtadi et al. (2010), kerusakan dingin ini memiliki ciri-ciri
seperti adanya lekukan, cacat, bercak-bercak kecoklatan pada permukaan,
dikeluarkan dari ruang penyimpanan. Mekanisme terjadinya kerusakan dingin ini
antara lain : (i) terjadinya respirasi abnormal, (ii) perubahan lemak dan asam
lemak dalam dinding sel, (iii) perubahan permeabilitas membran sel, (iv)
perubahan dalam reaksi kinetik dan termodinamika, (v) ketimpangan distribusi
senyawa kimia dalam jaringan, dan (vi) terjadinya penimbunan metabolisme
beracun. Menurut Taub dan Singh (1998), gejala umum dari chilling injury adalah
runtuhnya sel-sel dibawah permukaan kulit yang menyebabkan pitting,
pencoklatan enzimatik dan timbulnya seperti genangan air (waterlogging).
Kerusakan dingin ini, biasanya terjadi pada suhu 10 – 15 oC untuk buah tropis.
Imobilasi lipid akan mempengaruhi sifat membran dan juga akan dapat
menimbulkan senyawa beracun seperti etanol dan acetaldehyde yang dapat
menumpuk selama penyimpanan suhu rendah dan menyebabkan gangguan sel.
Ion Leakage dan pH
Organ-organ dalam buah-buahan dapat dibagi menjadi tiga sistem antara
lain (i) sistem jaringan kulit yang terdiri dari sel—sel epidermal, membran
kutikula, stomata, da lentisel, (ii) sistem dasar yang terdiri dari parenkim,
kolenkim, sklerenkim, dan (iii) sistem berkas pengangkut. Struktur buah mangga
dapat dilihat pada Gambar 2 (Muchtadi et al., 2010).
Senyawa utama penyusun membran adalah protein dan lipida. Komponen
membran lainnya adalah Ca+2 dimana tanpa ion ini membran akan kehilangan
kemampuannya sehingga akan menjadi bocor. Fungsi membran adalah untuk
mengatur lalu lintas molekul air dan ion atau senyawa yang terlarut dalam air
untuk keluar masuk sel atau organel-organel sel (Gambar 3). Lipid tersusun oleh
atom-atom karbon, hidrogen, dan oksigen (Lakitan, 1993). Menurut Winarno
(1997) protein adalah sumber asam-asam amino yang mengandung unsur-unsur C,
H, O, dan N yang tidak dimiliki oleh lemak dan karbohidrat. Gugus asam amino
dan karboksil sangat dipengaruhi oleh pH. Gugus asam amino bersifat asam dan
gugus karboksil bersifat basa.
Perubahan pH dapat disebabkan oleh lama penyimpanan dan adanya
mikroorganisme. Konsentrasi ion hidrogen yang aktif dinyatakan dengan pH dan
(Saeni, 1989). Menurut Lakitan (1993), pH medium dapat mempengaruhi aktifitas
enzim dan aktifitas enzim akan menurun pada pH yang lebih tinggi atau lebih
rendah. Enzim memiliki peran dalam pembentukan dan perombakan
makromolekul didalam membran sel.
Menurut Azevedo et al (2008), aktifitas ATPase yang berhubungan
dengan pH dalam penyimpanan buah pepaya dapat dijadikan sebagai penanda
biokimia untuk buah klimaterik. Hal ini disebabkan karena pematangan
pascapanen pepaya ditandai dengan emisi etilen, perubahan warna kulit,
kekerasan, dan keasaman titratabel (titratable acidity). Puncak produksi etilen
klimaterik terjadi pada 2 hari setelah panen bersamaan dengan terjadinya
penurunan tajam dalam hidrolisis ATP dan transien alkalisasi dari cairan apoplas.
Efek seperti ini terjadi konsisten dengan membran sel degenerisasi progresif yang
terjadi bersamaan dengan pelunakan buah dan penurunan integritas membran sel
sebagai nyata terjadinya kebocoran elektrolit.
(a) (b)
Gambar 3 Diagram skematik pergerakan (a) larutan menembus membran, (b) gelembung udara menembus membran.
Menurut Saeni (1989), pada makhluk hidup dalam tubuhnya mengandung
larutan elektrolit seperti KCL, NaCl, MgSO4 yang terionisasi menjadi ion-ion bila
larut dalam air. Menurut Paull (1981), perubahan keadaan fisik membran pada
suhu dingin dianggap bertanggung jawab atas kebocoran peningkatan sel elektrolit
dari jaringan yang sensitif temperatur dingin. Kebocoran ion (ion leakage) pada
jaringan yang sensitif temperatur dingin ini disebabkan oleh konsentrasi kalsium.
Menurut Antunes and Sfakiotaksi (2008), paparan suhu penyimpanan yang rendah
menyebabkan perubahan kebocoran elektrolit dan komposisi asam lemak.
Kebocoran elektrolit dan asam lemak terjadi selama hari pertama disebabkan oleh
respon jaringan untuk adaptasi terhadap kondisi penyimpanan baru yang
mengakibatkan stress. Permeabilitas membran buah kiwi dinyatakan oleh
perubahan elektrolit yang miningkat selama penyimpanan.
Sifat termal juga memiliki hubungan dengan kebocoran dimana adanya
hubungan positif antara peningkatan sifat termal dengan kebocoran elektrolit pada
buah mangga suhu 5oC (Suwapanich dan Haewsungcharoen, 2007). Liberman et
al. (1958) dalam Pantastico et al. (1986) melaporkan bahwa kebocoran
elektrolit-elektrolit dari jaringan akar kentang yang telah didinginkan memiliki kebocoran
yang lebih besar lima kali dibandingan dengan jaringan yang tidak didinginkan.
Salveit (2005) menyatakan bahwa kebocoran ion (ion leakage) meningkat setelah
4 hari penyimpanan buah tomat pada suhu 12.5oC. Selain itu Salveit (2002) juga
menyatakan bahwa paparan suhu non-pembekuan (non-freezing) dibawah 10oC
buah tomat. Pada penyimpanan dingin, kebocoran ion tidak langsung muncul atau
meningkat pada saat hari pertama terpapar oleh suhu dingin melainkan kebocoran
ion akan meningkat setelah beberapa hari terpapar oleh suhu dingin. Kebocoran
ion ini juga ditandai oleh perubahan yang signifikan dalam aktifitas enzim dan
permeabilitas enzim.
Near Infrared (NIR)
Gelombang merupakan suatu gejala terjadinya penjalaran suatu gangguan
melewati suatu medium dimana setelah gangguan ini lewat keadaan medium akan
kembali kekeadaan semula seperti sebelum gangguan itu datang. Secara umum
gelombang dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori yaitu gelombang mekanik
yang memerlukan suatu medium untuk menjalar dan gelombang elektromagnetik
yang tidak memerlukan medium untuk menjalar (Trisnobudi, 2006). Spektrum
gelombang elektromagnetik dapat dilihat pada Gambar 4. Contoh dari gelombang
mekanik antara lain : gelombang tali, gelombang permukaan air, gelombang
seisemik, gelombang tegangan, dan gelombang akustik (Gelombang infrasonik,
gelombang suara, gelombang ultrasonik). Sedangkan contoh dari gelombang
elektromagnetik antara lain : cahaya tampak, sinar infra merah, sinar ultra violet,
gelombang radio AM, gelombang radio FM, gelombang televisi VHF, gelombang
televisi UHF, dan sinar-X.
Karakteristik inframerah adalah tidak dapat dilihat oleh manusia, tidak
dapat menembus materi yang tidak tembus pandang, dapat ditimbulkan oleh
komponen yang menghasilkan panas dan panjang gelombang pada inframerah
memiliki hubungan yang berlawanan atau berbanding terbalik dengan suhu. ketika
suhu mengalami kenaikan, maka panjang gelombang mengalami penurunan.
Inframerah terbagi atas tiga yaitu inframerah jarak dekat, inframerah jarak
menengah, dan inframerah jarak jauh (Nur, 1989).
Near Infrared Spectroscopy
Menurut Creswell et al. (2005), spectroscopy adalah ilmu yang
mempelajari antaraksi cahaya atau elektromagnetik yang dapat dianggap
menyerupai gelombang. Spektrometer merupakan instrument yang digunakan
untuk mengaktifkan energi gelombang elektromagnetik tertentu. Spektrometer
memiliki detektor yang sesuai dengan daerah gelombang elektromagnetik yang
berfungsi untuk menangkap kembali tingkat absorbsi energi oleh sampel.
Menurut Carl (2009), NIR merupakan bagian dari kelompok inframerah
yang memiliki panjang gelombang 800 nm sampai 2500 nm (0.75 – 1.5 µm).
Aplikasinya digunakan untuk telekomunikasi serat optik, untuk spektroskopi
astronomi, dan pemantulan jarak jauh, sedangkan Near Infrared Spectroscopy
(NIRS) merupakan metode spektroskopis yang menggunakan daerah NIR dari
spektrum elektromagnetik. Menurut Osborne (1993), NIR-spetroscopy didasarkan
pada absorbsi radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang antara
780-2,500 nm yang terletak diantara gelombang cahaya tampak (visible light) dan
cahaya inframerah (infrared).
Spektrum NIR pada makanan terdiri atas luasan gelombang yang timbul
dari tumpang tindih penyerapan yang sesuai dengan kombinasi getaran yang
melibatkan C-H, O-H dan O-H yang merupakan struktur kimia. Konsentrasi unsur
seperti air, protein, lemak, dan karbohidrat secara prinsip dapat ditentukan dengan
menggunakan penyerapan spektroskopi. Tipe penyerapan NIR pada berbagai
Gambar 5 Tipe penyerapan NIR pada berbagai lokasi komposisi.
Near infrared yang mengenai bahan memiliki energi yang kecil dan hanya
menembus sekitar satu millimeter permukaan bahan, tergantung dari komposisi
bahan tersebut. Jika cahaya mengalami penyebaran, spektrum tersebut tetap
mengandung informasi contoh penyerapan permukaan bahan tetapi terjadi distorsi
pada puncak gelombang. Variasi pada ukuran dan suhu partikel sampel
mempengaruhi penyebaran radiasi near infrared pada saat melewati sampel.
Partikel berukuran besar tidak dapat menyebarkan radiasi near infrared sebanyak
partikel kecil. Makin banyak radiasi yang diserap maka akan dapat memberikan
nilai absorban yang tinggi dan memberikan efek yang besar pada panjang
gelombang yang diserap menjadi lebih kuat. Ketika radiasi near infrared
mengenai sampel padat maka sebagian radiasi akan dipantulkan (specular
reflectance) dari permukaan sampel (Gambar 6). Jika radiasi memasuki sampel
yang memiliki ketebalan sekitar 2 mm maka akan dapat diserap. Radiasi yang
tidak terserap dapat ditransmisikan melalui sampel atau dipantulkan (Dryden
Gambar 6 Diagram representasi dari specular (a) regular reflectance, (b) body reflectance, dan (c) absorban Near Infrared dari Sampel.
Creswell et al. (2005) mengungkapkan bahwa radiasi elektromagnetik
dapat diekspresikan dalam beberapa hal seperti frekuensi (v, sec-1) , panjang
gelombang (λ, µm atau nm) , dan jumlah atau bilangan gelombang (ῡ). Frekuensi
dinyatakan dalam satuan perdetik yang menunjukkan jumlah gelombang secara
lengkap yang terjadi dalam satu unit waktu. Panjang gelombang merupakan jarak
antara titik ekuivalen pada gelombang secara berturut-turut dan jumlah gelombang
adalah banyaknya gelombang dalam tiap satu cm (cm-1). C merupakan kecepatan
cahaya yaitu 2,998 x 1010 cm/sec.
λ v = c ……….……….(1)
ῡ = ………...(2)
Intensitas penyerapan dapat dinyatakan sebagai transmitan dengan
persamaan sebagai berikut :
= ………(3)
Dimana nilai I adalah intensitas energi yang keluar dari sampel, dan Io
adalah energi yang mengenai sampel. Hukum Beer-Lambert menyatakan tentang
penyerapan radiasi di dalam sampel. Hukum Beer-Lambert ini dapat dilihat dalam
Persamaan 4 dan 5. Dimana nilai A merupakan absorban, k adalah konstanta
proporsi, c adalah konsentrasi penyerapan molekul, dan l adalah jarak antara
= = = ……….(4)
= = ...……….(5)
Menurut Osborne (1993), pada saat sinar radiasi mengenai
partikel-partikel sampel maka radiasi dapat dipantulkan, diserap atau diteruskan. Nilai
yang terukur berupa nilai pancaran pantulan (diffuse reflectance) yang secara
empirik berkaitan dengan konsentrasi penyerapan molekul (c). Dalam NIR
spectroscopy, reflektan (R) dianalogikan dengan transmitan, sehingga:
= ……….(6)
Partial Least Square (PLS)
Menurut Pandey (2010), ada beberapa teknik multivariat yang berbeda
untuk menganalisis data spektrum NIR seperti Principal Component Analysis
(PCA), Principal Component Regression (PCR), Partial Least Square (PLS) dan
Multiple Linier Regression (MLR). PCA, PCR, PLS juga dikenal sebagai “model
bilinier”. Menurut Susilowati (2007), analisis data NIR dimanfaatkan tanpa
mempelajari hubungannya dengan sifat bahan yang diukur. Kegiatan mempelajari
hubungan tersebut pada umumnya dilakukan dengan beberapa metode yaitu
Stepwise Multiple Linier Regression, Principal Component Regerssion, dan
Partial Least Square. Menurut Burns and Ciurczak (2006), teknik pemodelan
matematika multivariat seperti PCR, PLS digunakan untuk kalibrasi matematika
pada spektrum NIR.
Principal components analysis (PCA) secara umum dikenal sebagai teknik
interprestasi multivariat, dimana “the loading” dipilih untuk menjelaskan secara
maksimal keragaman di dalam variabel. Komponen utama bertujuan untuk
menjelaskan sebanyak mungkin keragaman data dengan kombinasi linier yang
ditemukan yang saling bebas satu sama lain dan di dalam arah keragaman paling
besar. Tiap-tiap komponen utama merupakan kombinasi linier dari semua
variabel. Principal Component Regression (PCR) merupakan teknik analisis
teknik PCA dilanjutkan dengan teknik analisis regresi antara komponen utama
yang baru terhadap respon (Hanis, 2008).
Partial least square (PLS) adalah sebuah metode reduksi dimensi data,
dimana sejenis dengan PCA yaitu untuk mencari faktor-faktor yang paling relevan
dalam memprediksi dan menginterpretasi data. Regeresi PLS meningkatkan
kemampuan modelnya dari PCA dengan menggunakan variabel respon secara
aktif dalam dekomposisi bilinier prediktor. PCA terfokus pada keragaman di
dalam prediktor sedangkan PLS fokus pada kovarians diantara respon dan
prediktor-prediktor. Dengan jalan menyeimbangkan informasi antara prediktor
dan respon, PLS mereduksi dampak dari banyaknya prediktor yang tidak relevan
dengan keragaman data. Estimasi kesalahan prediktor ditingkatkan dengan cara
validasi silang (Hanis, 2008). Menurut Miller and Miller (2005), PLS
menggunakan variabel kombinasi linier dari variabel prediktor dibandingkan
variabel asli (Gambar 7).
Gambar 7 Deskripsi dari prosedur PLS (Pandey, 2010).
Langkah awal dari metode PLS adalah pemusatan data matriks X dengan
vektor c, dimana dapat dilihat pada Persamaan 7 dan 8 :
= − 1 ………...…………(7)
= − 1 ……….(8)
Untuk masing-masing faktor baru yaitu a = 1, 2, …., A dimana a
merupakan faktor yang baru terbentuk dan A merupakan faktor ke-n yang
terbentuk, melalui langkah 1 sampai 4 yaitu :
1. Residual data destruktif (v) digunakan untuk menghitung loading vektor NIR
= + ……….……….(9) Kemudian hasilnya akan dinormalisasi dengan menggunakan Persamaan 10:
ŵ = ′ ………..(10)
2. Menghitung faktor-faktor regresi (ta) dengan kuadrat terkecil dari nilai ŵa
yang dapat dilihat pada Persamaan 11:
U = #$ŵ$+ ………(11)
3. Menghitung loading vektor data destruktif dengan menggunakan Persamaan
12:
% − 1 & = '+ ( ………..………(12) 4. Persiapan residual baru dengan menggunakan Persamaan 13 dan 14:
= − 1 − ' ………(13)
= − 1 − ) ………(14)
Selanjutnya setelah langkah 1 sampai 4 dilakukan maka akan kembali
kelangkah 1 jika a < A.
Penggunaan metode PLS sebagai metode olah data spektra NIR telah
banyak digunakan pada saat ini. Slaughter dan Crisosto (1998) memprediksi
kualitas internal kiwi menggunakan NIR spectroscopy. Panjang gelombang
700-1100 nm untuk memprediksi total padatan terlarut, kandungan fruktosa,
kandungan gula, dan berat kering dari buah kiwi dan menggunakan metode PLS
untuk kalibrasi dan validasi. Hasil kalibrasi untuk prediksi TPT dengan nilai r =
0.99 dan SEC 0.72°Brix, kandungan fruktosa r = 0.9. SEC = 1.96%, kandungan
glukosa r = 0.97, SEC = 1.68%, berat kering (dry weight) r = 0.97%, SEC =
0.61%. Liu et al (2010) menggunakan NIR dengan teknik PLS dalam
memprediksi total padatan terlarut pada buah jeruk utuh. Dimana panjang
gelombang reflektan yang digunakan sekitar 350-1800 nm. Hasil kalibrasi
menggunakan PLS mendapatkan nilai r = 0.9, RMSEP = 0.71 °Brix.
Valente et al (2009), menggunakan model regresi PLS untuk memprediksi
kekerasan pada buah mangga dimana hasil kalibrasi terbaik dari kekerasan buah
mangga menggunakan NIR adalah mendapatkan nilai R² = 0.82, RMSEP = 3.28,
bias = -0.16. Rindang (2011), menentukan gejala chilling injury pada buah
sebagai model kalibrasi. Adapun hasil kalibrasi dari metode PLS mendapatkan
nilai r = 0.6116, R² = 0.3740, RMSEC = 0.1456, RMSEP = 0.1632, dan CV =
4.4282%.
Analisis Regresi
Menurut Miller and Miller (2005), analisis regresi biasanya digunakan
untuk metode kalibrasi. Mosteller dan Tukey dalam Aunuddin (2005)
memberikan dua pengertian tentang pemodelan regresi antara lain: (i) regresi
merupakan tempat kedudukan nilai tengah (rataan, median atau rataan geometrik)
dari peubah Y untuk berbagai nilai atau selang nilai peubah X serta kurva dapat
berbentuk fungsi linier, kuadratik, atau logaritmik, dan (ii) regresi merupakan
usaha yang mengepas suatu fungsi atau kurva terhadap pencaran titik-titik pada
sistem sumbu X-Y.
Gomez and Gomez (2007), menyatakan bahwa prosedur regresi dan
korelasi dapat digolongkan menurut banyaknya peubah yang terlibat dan bentuk
hubungan fungsi antara peubah tidak bebas dan peubah bebasnya. Sidik regresi
dan korelasi dapat digolongkan ke dalam empat macam yaitu regresi linier dan
korelasi sederhana, regresi linier berganda dan korelasi, regresi tidak linier
sederhana dan korelasi, regresi tidak linier berganda dan korelasi. Menurut Hasan
(2003), hubungan antara variabel dapat berupa hubungan linier ataupun hubungan
tidak linier. Untuk dua variabel, hubungan liniearnya dapat dinyatakan dalam
bentuk persamaaan liniear yang dapat dilihat pada Persamaan (15):
* = + + ………(15)
Jika lebih dari satu peubah bebas maka persamaan fungsi linier sederhana
dapat diperluas menjadi bentuk fungsi linier berganda yang dapat dilihat pada
Persamaan 16 (Gomez and Gomez , 2007):
, = - + . + ./ /+ … … … . . + .2 2+∈ ………..(16)
α adalah intersep ( yaitu nilai Y apabila semua nilai X adalah 0). βi (I =
1,….k), adalah koefisien regresi sebagian berhubungan dengan peubah bebas Xi,
yang menunjukkan besarnya perubahan dalam Y untuk setiap perubahan satuan Xi
(k+1) parameter (yaitu α, β1 ,β2 ,…….βk) yang harus diduga. Dalam persamaan
regresi juga terdapat istilah ɛ yaitu error atau residual.
Aplikasi Near Infrared untuk Penentuan Mutu Buah secara Non-Destruktif
Penemuan energi Near Infrared dianggap berasal dari Herschel pada abad
kesembilan dan pada tahun 1950, aplikasi pertama kali dilakukan dibidang
industri. Pada tahun 1980-an penerapan NIRS lebih difokuskan pada analisis
kimia. Pertengahan 1980 diperkenalkan cahaya serat optik dan awal 1990-an
adanya perkembangan detektor monokromator dimana NIRS menjadi lebih kuat
sebagai alat penelitian ilmiah. Metode optik dapat digunakan dalam sejumlah
bidang ilmu termasuk fisika, fisiologi, obat-obatan, dan makanan. Aplikasi Near
Infrared (NIR) dibidang pertanian dilakukan sejak tahun 1964 dan terus
berkembang sampai saat ini. Pada awal 1970an di Jepang melakukan metode
NIRS untuk menentukan kandungan protein gandum (Pandey, 2010).
Bellon et al (1992) mengatakan bahwa teknologi NIR dikembangkan
untuk sortasi otomatis pada buah-buahan untuk masa mendatang. Dalam
penelitiannya pengembangan alat ini didasarkan pada pengukuran kualitas yaitu
dari aspek rasa (kandungan gula). Jadi pengelompokkan buah-buahan yang layak
jual dan tidak didasarkan dari segi kandungan gula buah tersebut. Bellon et al
(1994) menggunakan NIR dalam aplikasi makanan dan pertanian. Aplikasi
digunakan untuk kuantifikasi gula dalam campuran cairan yaitu untuk mendeteksi
fruktosa dan glukosa dalam proses fermentasi.
Rosita (2001) menggunakan NIR untuk memprediksi mutu buah duku dari
aspek kadar gula. Prediksi kadar gula dilakukan dengan menggunakan data
absorbansi dan panjang gelombang yang digunakan antara 910-1100 nm.
Susilowati (2007) melaporkan bahwa NIR mampu menduga total padatan terlarut
selama penyimpanan dan pemeraman melalui data absorbansi NIR. Panjang
gelombang yang digunakan 900-1400 nm sedangkan untuk kekerasan tidak dapat
menggunakan panjang gelombang tersebut. Hubungan antara data absorban NIR
dengan total padatan terlarut dan kekerasan pada pengamatan tersebut dipelajari
dengan kalibrasi menggunakan metode SMLR, PCR, dan PLS. Liu et al (2008)
total padatan terlarut yang dijadikan parameter dalam pengukuran. Panjang
gelombang yang digunakan sekitar 350-800 nm. Begitu juga dengan Ventura et al
(1998) menggunakan NIRS (Near Infrared Spectroscopy) untuk penentuan
padatan terlarut pada buah apel dan Peirs et al (2003) melanjutkan dengan
pengukuran total padatan terlarut buah apel yang dipengaruhi oleh perubahan
suhu yang fluaktif dengan metode reflektansi NIR.
Schmiloitch et al (2000) menggevaluasi sifat-sifat fisiologi buah mangga
dengan menggunkan NIR spectrometry dengan reflektensi sekitar 1200-2400 nm.
Sifat fisiologis yang diukur termasuk pelunakan daging, total padatan terlarut, dan
keasaman buah mangga, dan Saranwong et al (2004) juga menggunakan NIR
spectroscopy untuk memprediksi kualitas mangga siap makan berdasarkan tingkat
kematangan dari kualitas panen. Bahan kering (dry matter) dan pati dijadikan
acuan dalam pengukuran. Valente et al (2009) mencoba untuk memperkirakan
firmness buah mangga dengan menggabungkan metode NIR spektroskopi
absorban dengan teknik akustik. Spektrum absorbansi atau reflektansi NIR yang
digunakan sekitar 400-1050 nm.
Wang et al (2011) melaporkan bahwa NIR dapat mengevaluasi mutu buah
jujubes berdasarkan parameter kandungan padatan terlarut dan infestasi serangga
dalam buah tersebut. Dijk et al (2006), menggunakan NIR untuk memprediksi
kekerasan (firmness) buah tomat yang bergantung kepada temperatur dan
kehilangan kelembaban selama penyimpanan. Model kinetik dalam pengamatan
ini menjelaskan tentang perubahan kekerasan dan hilangnya kelembaban pada
waktu penyimpanan dengan kondisi eksternal yang konstan. Makino et al (2010),
mengestimasi tingkat penyerapan oksigen buah tomat menggunakan spektra
absorbansi NIR dengan model jaringan saraf tiruan. Dalam estimasi penyerapan
oksigen ini mengunaan panjang gelombang 645 – 979 nm. Huang et al (2011)
mengevaluasi kemungkinan menggunakan Vis-NIR spektroskopi untuk penentuan
total padatan terlarut dan pH dalam buah murbei yang memiliki permukaan
bergelombang. Spektrum Vis-NIR yang digunakan antara 325 dan 1075 nm.
Hasil pengamatannya menunjukkan bahwa kualitas internal padatan terlarut dan
